填充等离子体的介质同轴波导中的切伦科夫辐射

 利用自洽线性场理论，导出了薄环形相对论电子注通过填充等离子体的介质同轴波导中的注波互作用色散方程，得到了注波互作用产生切伦科夫辐射的同步条件和波增长率。分析了填充等离子体后的波与电子注之间的能量交换及等离子体密度对色散特性、波增长率和注波能量交换的影响。分析结果表明：切伦科夫辐射是由沿介质同轴波导传播的慢波与沿薄环形相对论电子注传播的负能空间电荷波耦合所致，且其耦合强度与电子注的密度成正比；输出频率和波增长率随着填充等离子体密度的增大而提高；保持一定的输出频率，增大电子注的束流可得到高的微波输出功率。     

孔隙内填充单一固体的固-固孔隙介质中的声波传播

连通孔隙空间被有别于骨架固体的另一种固相介质充填而形成的双组分连通固体孔隙介质,简称固-固孔隙介质.推导出了固-固孔隙介质的声波动力学方程和本构关系,利用平面波分析的方法研究了各种波的频散和衰减特性.在此基础上,提出了基于一阶速度-应力方程的时间分裂的高阶交错网格有限差分算法,对其中的声场演化特点进行了模拟计算,分析了各种波的产生机制和能量分布,并详细讨论了两种固体间的摩擦系数和声源频率对各种波传播特性的影响.数值模拟表明:固-固孔隙介质中存在两种纵波(P1和P2)和两种横波(S1和S2),其中P1和S1波能量主要在骨架固体中传播;P2和S2波是骨架固体和孔隙固体之间相对运动产生的慢波,能量主要在孔隙固体中传播.固体骨架和孔隙固体之间的摩擦主要影响慢波(P2和S2)的衰减,且低频时衰减大于高频.     

二维随机介质中柱面波传播及其局域性的随机泛函分析

分析了二维各向同性均匀随机介质中柱面波的传播特性及局域化现象.用随机泛函理论,在频域内将随机介电起伏展开成柱坐标系下的Wiener积分式,将波场表示为内外行柱面波的线性和,求解二维Helmholtz波动方程,得到随机介电起伏对柱面波幅度与相位调制的解析表达.由柱面波能量的空间分布验证了波的局域化现象,并求解局域化长度.二维随机介质中平面波按柱面波展开的波转换方程与非随机介质中的情形有相似的表达,但具有随机介电起伏对幅度和相位的调制,并给出数值模拟结果.     

正弦波传播介质中的质点在做简谐运动吗——对人教版《物理·选修3-4》波动部分的一点看法

人民教育出版社2010年4月第3版《物理·选修3-4》认为,有正弦波传播的介质中的质点在做简谐运动.但笔者查阅了相关书籍后发现这一说法欠妥.本文将从平面简谐波的波动方程和介质波的能量出发,分析机械波能量在空间上的分布、随时间的变化与能量传递的实质,通过与简谐运动进行对比,对新教材中关于机械波传播过程中介质中质点的运动作新的描述,即"简谐波是简谐运动在介质中的传播,介质中各质点做的是运动规律满足正弦(或余弦)图像的受迫振动".     

水平变化波导中的简正波耦合与能量转移

针对海底地形水平变化对声场能量传播和声场干涉结构的影响,对简正波之间的耦合和能量转移进行了研究.建立了一种二维大步长格式的耦合简正波模型和三维楔形波导耦合简正波模型,以便快速有效地分析简正波之间的耦合和能量转移.基于耦合简正波模型,阐述了前向声场能量在水平变化波导中传播时的转移过程.并根据射线简正波理论,解释了海底地形变化对声场能量分布的影响机理.水平变化波导中声场的仿真计算表明,当本征值虚部发生剧烈变化时声场存在着较强的简正波耦合和能量转移,且海底地形变化将导致声场能量的水平传播方向偏转至海水深度增加的方向.在声场能量转移和传播方向变化中,声场的能量趋于保留在波导中而不向海底泄漏.同时,声场能量分布受到类似于压缩或稀疏的作用,从而形成椭圆状的干涉结构.     

多层介质对应力波传播特性影响分析

 通过在气炮上进行多层介质的低速冲击实验及相应的数值计算，分析了不同组成的多层介质对应力波传播特性的影响。结果表明：多层介质中的泡沫材料不仅能够改变应力波的幅值与作用时间，而且具有显著的吸能效果，引起应力波在传播过程中在各层介质中能量与动量分配的改变。通过对泡沫铝和泡沫混凝土两种软材料在多层介质中作用的比较表明，在低速冲击的实验条件下，含泡沫混凝土的多层介质具有较好的削波作用，含泡沫铝的多层介质具有较好的吸能性能。     

楔形弹性海底声矢量场分布规律研究

提出了基于弹性抛物方程的声矢量场计算方法,计算了楔形弹性海底的海洋环境中甚低频声矢量场和弹性海底地震波场分布,研究了声源深度和声源频率对声场分布的影响,仿真结果表明声波在具有弹性楔形海底的海洋环境中传播时存在能量泄漏现象,利用简正波理论解释了能量泄漏位置可由水深一波长比确定.     

光在二维无序介质中的动态传播过程

用有限时域差分 FDTD 法研究了光在二维无序介质中的动态传播过程.数值模拟了某一高斯脉冲光束入射到无序介质中光场的空间分布随时间的演化,结果表明:在光束入射的初期,能量从光源区向外传播并出现了清晰的波前传播的特点;经过一定的时间后,有部分能量从光源区向外扩散,而大部分能量逐渐聚集在介质中的一些小区域内,这与整体散射模型关于无序介质中光子局域化的研究相吻合,而且更清晰地呈现了形成光子局域化过程中的物理现象及整体散射干涉效应的重要机理作用.     

用旋转三角形法判定横波的有关问题

横波在介质中传播时，判定波的传播方向或质点的振动方向，是机械波教学中的一个难点．在教学中如引导学生使用旋转三角形法，能直观、准确、迅速地得到判定，较好地解决了这个教学难点．１旋转三角形判定方法机械波是机械振动在介质中的传播过程．根据振动在介质中的传播...     

光在二维无序介质中的动态传播过程

用有限时域差分 FDTD 法研究了光在二维无序介质中的动态传播过程.数值模拟了某一高斯脉冲光束入射到无序介质中光场的空间分布随时间的演化,结果表明：在光束入射的初期,能量从光源区向外传播并出现了清晰的波前传播的特点;经过一定的时间后,有部分能量从光源区向外扩散,而大部分能量逐渐聚集在介质中的一些小区域内,这与整体散射模型关于无序介质中光子局域化的研究相吻合,而且更清晰地呈现了形成光子局域化过程中的物理现象及整体散射干涉效应的重要机理作用.     

激光超声方法研究固-固界面波传播特性

对界面波的传播特性进行了理论及实验研究.首先探讨了界面波的求根问题，基于黎曼面分析，给出了求解界面波特征方程所有根的一般方法.理论上对三种常见的界面波——Stoneley波，Leaky Rayleigh及Leaky Interface波传播机理进行了分析，描述了三种界面波的波矢及位移势在两种介质中的状态.最后基于光弹效应原理, 利用全光学的激光超声手段对界面波进行了实验测量，实测结果与理论符合很好.     

慢布拉格类孤子的传播特性

在耦合模理论的基础上，分析了线性周期结构的色散关系，给出了一维无限长的克尔类非线性介质周期结构中的慢布拉格类孤子解。并且指出，增加脉冲能量会导致群速度色散效应增强，在非线性作用下，禁带宽度会变小，波的频率也会发生偏移，其偏移量主要取决于失谐因子、传播速度、波振幅强度以及非线性系数等参量。     

辐射在填充介质管中输运的理论研究

辐射输运的研究有重要的科学和实用的意义。辐射波的传输过程分为两个阶段，当介质受到较强的辐射辐照时，首先是超声速辐射热波在常密度介质中的传播。与此同时，受热介质压力升高发生膨胀，产生向内传播的冲击波和稀疏波。随着受热介质的质量增加，辐射热波的速度下降，冲击波和稀疏波赶上并超过它，形成亚声速传播的辐射烧蚀波。这是均匀介质中的一维热传导模型的描述，它的应用受到许多限制。辐射在填充介质金管中的传输，由于涉及高z金属管壁对辐射的改造，属于非均匀介质中的输运问题。它涉及辐射在填充介质传输过程中的吸收和再发射，以及管壁吸收和再发射。当输运介质为光性薄时，外加的辐射源可到达波头加热冷介质。当输运介质为光性厚时，辐射在到达波头前多次被吸收和再发射，辐射被输运介质改造。加上输运管后，管壁会吸收辐射，吸收的一部分能量经管壁改造后再发射到介质中，影响输运。因而辐射在填充介质管中输运计算是复杂的二维计算。     

介质光栅导模共振耦合波分析

导模共振是由于光栅介质内高级次子波耦合进光栅所支持的泄漏模中,导致传播波能量重新分布的结果.采用严格的耦合波方法,通过分析波导的导波模式,正确估计出弱调制介质光栅导模共振的位置.并对导模共振与光栅厚度、基底厚度以及入射角的关系作了讨论.通过采用抗反射设计,获得了具有对称、低旁带特点的窄带共振峰 关键词： 导模共振 耦合波     

太赫兹波光谱特性分析

目前太赫兹技术的研究主要集中在它的产生、探测机理研究上。由于太赫兹波处于微波和可见光之间的频率范围,已有的微波和光波理论是否能适用于太赫兹波或者具有某些共同的特性仍需实验验证。通过实验分析验证了太赫兹波在空气介质中在垂直于传播方向的平面内场振幅是服从高斯函数分布的,测量给出了太赫兹波的能量分布图。根据测试数据推导出太赫兹波在空气介质中能量衰减公式,利用法布里-珀罗(F-P)干涉仪原理设计出太赫兹波长仪,对美国Corehent公司SIFIR-50THz太赫兹激光器发射的1～3THz波长进行了测量。讨论分析了远场发射角、光束入射角度、机械振动、温度波动和折射率n波动等相关因素对测量精度的影响。     

充液圆柱壳受迫振动的能量流输入及传播

以一无限长弹性充液圆柱壳的受迫振动能量流为研究对象,分别用Ｆｌｕｇｇｅ方程和Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ方程分析了壳体及声场的波运动,利用圆柱亮－流体的耦合条件,获得系统的振动特性方程．分析了此系统在周向线分布余弦简谐外载作用下的响应;用傅里叶变换和反交换得到能量流的输入,以及当受迫振动波沿着壳体轴向传播时,壳体各内力和壳内流体所携带能量流的变化规律．     

超声多普勒诊断的原理分析

多普勒效应是波在介质中传播时发生的一种物理现象，当波源和观察者相对介质运动时，观察者接收到波的频率和波源发射波的频率是不同的．医学研究和临床诊断中使用的超声血流测量仪、超声心脏测量仪、超声胎心检查仪等设备，就是利用超声波的多普勒效应来检测相应的量．下面我们从物理的角度对超声多普勒仪器的诊断原理进行分析．     

各向异性超常介质中的反常线性现象

从麦克斯韦方程组出发,结合超常介质的特殊性质,分析了电磁波在一种具有线性色散关系的各向异性超常介质中的传播特性。在线性色散关系的情况下,得到了超常介质的介电张量和磁导率张量各元素之间的条件表达式。根据能量守恒定律和电磁场的边界连续性条件,在横电波(TE)和横磁波(TM)入射时,分析了折射波矢和能流与入射波矢和能流方向之间的关系。发现无论是TE波还是TM波,在这种介质中传输时,都产生了光准直的现象,且TE波和TM波的传输方式是相反的。     

基于Geant 4的介质深层充电电场计算

基于Geant4模拟了电子在Teflon介质中的电荷输运过程,获得了其内部的电流密度、剂量率和电荷沉积量沿深度的分布曲线,进而利用电荷连续性方程、泊松方程和深层俘获方程求解出Teflon中高能量、小束流电子辐照下的电场分布. 将介质平板充电过程简化为屏蔽铝板与分层介质组成的Geant4模型,电子源为1.0MeV,0.1pA/cm²的平面源. 通过记录经过各层介质的电子电量和各层介质内沉积能量和电子数目,用统计平均的方法获得了介质内电流密度、剂量率和电荷沉积量沿深度的分布规律. 介质内 关键词： 卫星 介质深层充电 Geant4 电场     

多通道超声兰姆波检测板状结构中的裂纹

超声兰姆(Lamb)波在结构缺陷检测方面愈来愈受到重视,但目前Lamb波的应用局限于单信号源激励,单通道接收的方法,容易受到噪声干扰,其后续的信号分析处理也比较复杂。本文旨在采用多通道Lamb波对板状结构中的裂纹进行定量分析与诊断。在铝板的表面凿刻出不同深度的凹槽作为裂纹,通过线阵换能器采集在一定传播距离内的多通道Lamb波信号,并采用二维傅里叶变换分析在不同深度的裂纹下,Lamb波模式能量的变化规律。结果表明,相对于完好铝板中的Lamb波信号,裂纹的存在会使Lamb波发生模式转换现象,并且转换模式能量百分比随裂纹深度的增加而线性增加。其结果为Lamb波评价板状结构中的裂纹状况提供了一种可能的方法。